实验教学信息化管理系统的设计及实现

实验教学信息化管理系统的设计及实现

吕井勇¹　梁为亮²

（1.海军工程大学电气与信息工程学院，湖北武汉430033；2.海军工程大学训练部，湖北武汉430033）

摘　要：实验教学传统的人工管理模式已经不适合当前的管理需求。利用.NET平台，根据实验教学管理的流程和特点，开发了实验教学信息化管理系统，作为学校的实验室综合管理信息平台的子系统。该系统实现了实验教学管理的网络化、智能化，提高了实验教学管理的效率，推动了学校实验教学改革的深入开展，取得了较好的效果。

关键词：实验教学　信息化管理　.NET平台

引　言

随着计算机网络与多媒体技术的飞速发展，各高校加快了信息化进程，并建立了较为完善的校园网。学校依托校园网的支持，开发了实验室工作信息管理平台，实验教学信息化管理系统作为该平台的子系统。实验教学信息化管理是现代实验教学管理的发展方向，信息化实验教学管理与传统实验教学管理相比，需要调动更多资源，如实验室建制、人员、用房、仪器等，进行更高效、规范、实时的管理。实践教学是高等学校培养学员的重要途径之一，良好的开放式实验教学环境和条件，将使学员的积极性和学习潜能得到充分发挥，有利于创新型人才的早期发现和快速成长，有利于学员的自主学习和人才的个性化发展。

1　系统架构设计

系统采用.NET平台所支持的多层可伸缩式体系结构，实现高可用性、安全性、可扩展性和可靠性。系统采用三层架构体系结构设计，如图1所示。根据软件工程三层结构的理论，数据库层是业务系统的中心，是信息的集散地。基于主要业务数据集中存储的原则，在数据库层集中了系统的主要数据；应用服务器是三层结构中承担事务处理的中间环节，负责数据库操作、接受处理客户端的请求，负责系统的业务逻辑处理以及提供各类应用服务；客户机层提供系统的入口，位于系统的最前端。

图1　系统三层架构模式图

2　系统规划与管理目标

根据学校实验教学信息化管理工作要求，系统功能结构如图2所示。管理目标包括：教学计划与任务、实验教学排课、学员选课、实验过程管理、实验成绩管理、实验教学研究。

图2　系统功能结构图

2.1　教学计划与任务

学期开始实验室上报教学计划，机关审核批准后下达本学期的实验任务，作为实验教学实施的重要参考。

（1）教学计划上报审批：实验教员在实验教学信息化管理系统中按照实验课程名称、内容、上课教员、实验设备、上课班次等逐一填写完毕，生成教学任务计划表。上报所在实验室主任审批、机关主管实验教学参谋审批。

（2）教学任务下达：机关审批后将上报的教学计划作为本学期实验教学任务下达。

（3）课程标准：实验室根据所开实验课上传课程标准。

2.2　实验教学排课

根据机关下达的实验教学任务，实验室在规定的时间内安排一定的上课任务，这是学员进行实验选课的前提。

（1）实验规则设置：设置实验规则，如每次实验时间、每组人数、是否需要做实验预习题、是否需要实验考试等。

（2）实验教员管理：从列表中选择本次实验的实验教员。

（3）实验教室管理：添加本次实验对应的实验房间编号。

（4）实验设备管理：从实验室设备列表中添加本次实验所需的实验设备。

（5）开课班次管理：从全校各专业班次列表中选择开设所选实验项目的班次。

（6）实验排课：从教学周次表中选择教学时间，选择之前可以通过“冲突检测”查看已经安排的课程时间，避免时间安排上的冲突，如果某个节次已经安排课程，对应时间选项为“灰色勾选”，不能再次勾选。

针对某个实验项目排课完成，可重复上述过程，对另一实验项目排课。

2.3　学员选课

按照建立的电子课表，相关班级的学员可以在设定的时间内进行实验预约。学员选课模块是实验教学信息化管理系统的核心模块之一。

（1）预习测试：可以针对每个实验项目设计预习题，可以为“单选”、“多选”、“判断”和“思考题”。如果在实验规则里设置了需要做完实验预习题，那么学员必须完成相应的预习题后才能进行下面的实验选课。

（2）实验选课：按照建立的电子课表，相关班级的学员可以在设定的时间内进行实验预约。主要包括以下内容。①开放实验项目：系统提供开放实验项目申请管理，开放项目可从已有项目库中选取开放，也可直接新增项目进行开放，也可改进原有项目后再进行开放。②开放项目设置：实验项目开放系统有两种开放方式，全校范围内的开放和定向开放，对于全开放只需开放申请教师指定实验时间及地点即可；定向开放则需进一步指定实验班级。③实验项目预约：系统针对项目预约提供两种预约方式，任课教员批量预约学员实验；学员登录系统预约自己想做的实验项目。④实验项目统计：统计和管理实验项目预约时间单元的基本情况。⑤实验项目记录：系统提供方便友好的实验项目成绩记录窗口，实验教员或任课教员能很方便的为已完成实验项目单元的班级学员登记成绩（成绩可设置百分制和等级制进行显示）、查阅学员的预习报告和实验报告、以及对学员的出勤情况进行登记。⑥实验室开放：实验室根据实验教学安排，在不用限定学员具体实验内容的情况下可将实验房间设置在某一时间段进行开放，供学员根据自己的兴趣爱好自主选择实验。⑦实验室预约：实验教员可进行批量预约和取消预约，同时学员可根据自己的兴趣爱好选择实验项目或自拟项目预约相关实验室房间。⑧开放课表：此处系统提供教师和实验室开放课表的查询与打印等功能。⑨学员实验预约管理：此模块功能为学员在线预约实验项目而开发设计。学员以其学号登录即可预约实验室设置开放的实验房间、实验项目或自拟项目进行预约。

2.4　实验过程管理

主要是针对学员实验预约后，上课期间的管理，记录学员的实验开始时间、结束时间以及其他实验情况。

（1）实验时间记录：每次实验，学员实验开始前和结束后都需要在实验考勤机上刷校园卡，系统自动记录实验时间。

（2）实验报告管理：学员可以用学号和密码登陆系统提交电子版（word格式）的实验报告。

2.5　实验成绩管理

根据学员的预习测试、实验过程情况，判定学员的整体实验得分。

（1）实验评分设置：设定考勤、预习、现场评测、实验报告在实验成绩中所占权重。

（2）实验报告评分：对学员提交的实验报告完成在线批改后给出实验报告成绩。

（3）单次实验得分：对学员实验实做情况给定成绩，包括实验接线是否正确熟练、实验数据测量是否准确等。

（4）实验综合得分：系统根据评分设置计算学员实验给出本次实验项目的成绩。

2.6　实验教学研究

发布有关实验教学的最新进展、最新研究情况，供教员和学员学习。

（1）教学研究立项申请：申请大学实验教学研究项目。

（2）教学研究立项审批：对申请的项目进行审批，此功能由机关负责。

（3）教学研究进展：对教学研究项目的进展进行控制，实验室负责人更新进度数据，机关人员可查看。

（4）教学研究验收：实验室负责人提交验收申请，机关对项目实施验收。

（5）教学研究成果：展示教学研究成果。

3　系统的安全性

在数据安全方面，需采用基于角色的用户管理，即角色不同，权限不同。身份验证、权限设置等多项安全措施可以保证系统的安全性和数据的合法性、完整性和有效性。

根据实际实验教学管理的需要，我们设置四级管理权限：系统管理员、实验课管理员、实验课教员、学员。其中，系统管理员拥有最高权限；实验课管理员拥有本实验课程的最高权限，可以对本课程及任课教员进行管理；教员拥有对所教课程的管理权限；学员可以实现实验课的网上选修。其功能模块图如图3所示。

图3　系统的角色功能框图

4　结束语

基于计算机网络的实验教学信息化管理系统较好地弥补了人工教学管理模式的缺陷，提供了一种新的管理方式，对拓宽学习渠道，提高教学质量，促进高校实验教学乃至教学管理的科学化和现代化水平具有重大的现实意义。本系统稳定性、综合性较好，通用性较强，易于维护，对类似系统的开发具有良好的借鉴作用。

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